日本：使声镊技术的实际应用成为可能

日本的工程师们想出了如何利用声学悬浮技术从反射表面拾起物体。尽管他们还不能100%做到这一点，但这一进展可能有助于释放出声学镊子的全部潜力。

生物医学工程、纳米技术和药物开发，在这些领域中，在不接触物体的条件下操纵对象是非常有意义的技术。我们现在可以用所谓的光镊技术来做到这一点——使用激光产生足够的辐射压力来悬浮和移动极小的颗粒——这一工具的发明人拿到了18年的诺贝尔物理学奖。

声学镊子——用声波产生的压力来移动微粒——有可能成为一种更强大的工具。它们可被用来操纵更广泛的材料和更大尺寸的对象——可达到毫米级。

然而，尽管在20世纪80年代就已经提出了这一概念，但声学镊子始终存在严重瓶颈。首先，我们需要一个由声波组成的可靠 "陷阱"。

半球形的声学传感器阵列可被用来创造声音陷阱，但实时控制却很棘手，因为需要创造恰到好处的声场来提升一个物体，并将其从传感器上移开。

如果环境里有能反射声音的表面，那就更棘手了，因为这会使声场复杂化。

日本东京都立大学的工程师Shota Kondo和Kan Okubo已经想出了如何建立一个半球形的声学阵列，可以将一个3毫米长的聚苯乙烯球从反射表面举起。

Levitating an object (l) and a schematic of the array. (Kondo and Okubo, JJAP, 2021) ​​​​

"我们提出了一个多通道半球形超声波换能器阵列，用于在一个有反射的刚性平台上进行非接触式拾取。每个通道的相位和振幅用声音再现法进行了优化。仅在所需的位置创造一个声学陷阱，因此可以在刚性舞台上实现拾取。据我们所知，这是第一项利用这种方法证明非接触拾取可行的研究。"

他们的技术依赖于将换能器阵列分割成块，这比试图单独控制换能器更容易管理。然后，他们使用了一个反向滤波器，根据声波的波形来重现声音。这有助于优化每个换能器通道的相位和振幅，以产生理想的声场。

然后，声场可被移动，当然，也是围绕被困在其中的粒子移动。使用这个阵列，研究人员能够从声学反射表面上拾起发泡胶，但目前还不可靠——有时会失败。

尽管如此，这项工作代表了进步，因为以前从未从反射表面上进行过非接触拾取。当前的进展——即使还不可靠——向我们展示了前进的道路。

"在未来的研究中，稳健性将得到改善，以实现非接触式拾取的实际使用。"

这项研究已经发表在《日本应用物理杂志》上。

https://www.sciencealert.com/scientists-have-developed-a-new-way-to-levitate-objects-with-sound

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